Koffein, DNA och kognition

En dubbelblind, placebokontrollerad crossover-design som inkluderar alternerande perioder av "långvarig" koffeinexponering och abstinens kommer att användas för att undersöka koffeins interindividuella effekter på kognitiva prestationer. Proceduren som deltagarna måste följa under var och en av de fyra veckorna av studien beskrivs i detalj nedan.

1. Baslinjebesök: baslinjeenkät, antropometri, bekantskap med studieprocedurer och uppgifter. Deltagarna kommer att få tillskott av vecka 1 (n=18 kapslar) och salivflaskor (n=6) för insamling av salivprov. Deltagarna kommer också att förses med koffeinfritt kaffe, te och kakao, beroende på deras preferenser.
2. Dag 1-6: placebo- eller koffeinkapslar x 3 per dag kl. 09.00, 11.00 och 15.00. Överensstämmelse med koffein- och placebotillskottet kommer att bedömas genom ett salivprov kl. 17.00 varje dag under var och en av dagarna med långtidstillskott. Koffeinkoncentrationer i blod och saliv korrelerar starkt, och nivåerna ökar vanligtvis gradvis under dagen (på grund av intermittent konsumtion av koffeindrycker). Den bästa enstaka bioanalysen av dagligt koffeinintag tillhandahålls av prover som erhållits sent på eftermiddagen (James, 1994; James & Rogers, 2005).
3. Dag 5 och 6: Som förberedelse för "utmaningsdagarna" och för att kontrollera miljöfaktorer som har visat sig påverka inducerbarheten av CYP1A2-enzymet, kommer deltagarna att uppmanas att avstå från alkohol i 48 timmar och undvika ansträngande träning i 24 timmar innan försök och undvika konsumtion av korsblommiga livsmedel (broccoli och brysselkål) (Gunes & Dahl, 2008). Slutligen kommer deltagarna att förses med dietdagböcker för att registrera all mat och dryck som konsumeras under 24 timmar före alla fyra experimentella försöken.
4. Dag 7 (Experimentell dag): Deltagarna kommer att bli ombedda att presentera till laboratoriet efter en fasta över natten och de kommer att följa proceduren som visas nedan:

09:00: Pre-supplementation salivprov & kognitiva uppgifter

09:30: Tillskott med 3 mg/kg body mass koffein eller placebo

10:30: Första salivprovet efter tillskott och kognitiva uppgifter

12:30: Andra salivprov efter tillskott & kognitiva uppgifter

13:00: Måltid innehållande fruktjuice eller läsk och en ostmacka

15:30: Tredje salivprovet efter tillskott och kognitiva uppgifter

Salivprover kommer att tas vid ankomst och 1, 3 och 6 timmar efter tillskott. Det första provet kommer att tas för att verifiera efterlevnaden av kravet att inte ta sitt morgontillskott, alltså vara i koffeinabstinens, oavsett studiegren. Det har visat sig att 1 mg/kg koffein resulterar i koffeinplasmanivåer på cirka 1 μg/ml och salivkoffeinkoncentrationen kan förväntas vara cirka 70 % av plasmanivåerna (Walther et al., 1983). Genomsnittliga salivkoffeinnivåer under 1 μg/ml har tidigare rapporterats för koffeinabstinens över natten (Evans & Griffiths, 1999). Efter koffeinbehandling kommer koffeinnivåerna i saliven att hjälpa till att bestämma koffeinmetabolismen (Dodd et al., 2015).

Tillskottet kommer att sväljas med vatten i proportion till deltagarens vikt (3 ml/kg kroppsvikt). Under experimentdagarna kommer deltagarna att uppmanas att konsumera vatten ad libitum i sin första försök och en lika stor volym i de efterföljande försöken. De kommer också att uppmanas att undvika träning mellan försöken.

De kognitiva uppgifterna kommer att utföras på fyra tidpunkter: före och 1, 3 och 6 timmar efter tillskott. När man använder vattenfritt koffein i kapslar, inträffar den maximala koffeinkoncentrationen vanligtvis cirka 1 timme efter intag (Graham, 2001). Därför skulle mätning av koffeinmetaboliter under 1 timme efter intag av koffein mestadels mäta koffeinabsorption och inte metabolism, som bestäms av CYP1A2-enzym. Därför bör studier som undersöker effekterna av CYP1A2-genotyper på koffeineffekter fokusera på att använda protokoll som varar >1 timme, eftersom dessa effekter kan vara mer uppenbara vid händelser som varar längre än 1 timme, där koffeinmetabolismen kan ha en mer uttalad effekt. Det bör också noteras att halveringstiden för koffein är i genomsnitt 4-6 timmar (Nehlig, 2018) hos de flesta vuxna och det är ännu inte känt i vilken grad koffeinmetabolismen förändras mellan snabba och långsamma metaboliserare. Därför är det okänt vid vilken tidpunkt det skulle finnas en tillräckligt stor skillnad i de cirkulerande nivåerna av koffein mellan snabba och långsamma metaboliserare för att ha en betydande inverkan på koffeinets ergogenicitet (Southward et al., 2018). Av denna anledning valde vi 3 olika tidpunkter efter tillägg för att slutföra de kognitiva uppgifterna: 1 timme efter tillägg valdes för att möjliggöra jämförelse med flera tidigare koffeinstudier, eftersom det är den mest använda tidpunkten för att testa kognitiva prestationer efter tillskott. komplettering i litteraturen (Carswell et al., 2020). Vi lade också till tidpunkterna 3 timmar och 6 timmar efter tillskott eftersom de ligger inom det genomsnittliga intervallet för koffeinhalveringstid och för att undersöka skillnaderna i prestanda mellan "snabba" och "långsamma" metaboliserare. Vi antar att de som metaboliserar koffein snabbare inte skulle bibehålla höga salivnivåer av koffein under hela 6 timmars händelsen jämfört med de med en långsammare koffeinmetabolism.

I slutet av varje experimentdag kommer deltagarna att förses med kapslarna för nästa vecka, samt flaskorna för provtagning av salivkoffein.

När de har tillhandahållits kommer proverna att förvaras frysta vid -20 °C fram till analys. Koffeinnivåer i saliv kommer att mätas med hjälp av Enzyme Multiplied Immunoassay Technique (EMIT) genom spektrofotometrisk metod. EMIT-analysen är en homogen enzymimmunanalys avsedd att användas för att bestämma koffein som metabolit och kommer att föredras med tanke på att den är mindre invasiv än att använda serumkoffein och har visats tillförlitlig och reproducerbar (Tripathi et al., 2015). Serumkoffeinnivåer över 30 μg/ml kräver utspädning när de analyseras med EMIT-analys.